Лазер гэж юу вэ? Лазер үүсгэх зарчим

Лазер бол хүн төрөлхтний чухал бүтээлүүдийн нэг бөгөөд "хамгийн тод гэрэл" гэгддэг. Өдөр тутмын амьдралдаа бид лазер гоо сайхан, лазер гагнуур, лазер шумуул устгагч гэх мэт янз бүрийн лазерын хэрэглээг ихэвчлэн харж болно. Өнөөдөр лазер болон тэдгээрийн үүсэх зарчмуудын талаар дэлгэрэнгүй ойлголттой болцгооё.

Лазер гэж юу вэ?

Лазер гэдэг нь лазер ашиглан тусгай гэрлийн цацраг үүсгэдэг гэрлийн эх үүсвэр юм. Лазер нь өдөөгдсөн цацрагийн процессоор дамжуулан гадаад гэрлийн эх үүсвэр эсвэл эрчим хүчний эх үүсвэрээс материал руу энерги оруулснаар лазерийн гэрэл үүсгэдэг.

Лазер гэдэг нь гэрлийг өсгөх чадвартай идэвхтэй орчин (хий, хатуу эсвэл шингэн гэх мэт) болон оптик ойлгогчоос бүрдсэн оптик төхөөрөмж юм. Лазер дахь идэвхтэй орчин нь ихэвчлэн сонгож боловсруулсан материал бөгөөд түүний шинж чанар нь лазерын гаралтын долгионы уртыг тодорхойлдог.

Лазерын үүсгэсэн гэрэл нь хэд хэдэн өвөрмөц шинж чанартай байдаг:

Нэгдүгээрт, лазерууд нь маш хатуу давтамж, долгионы урттай монохромат гэрэл бөгөөд зарим тусгай оптик хэрэгцээг хангаж чаддаг.

Хоёрдугаарт, лазер нь когерент гэрэл бөгөөд гэрлийн долгионы фаз нь маш тогтвортой бөгөөд хол зайд гэрлийн эрчмийг харьцангуй тогтвортой байлгаж чаддаг.

Гуравдугаарт, лазерууд нь маш нарийн цацраг туяатай, маш сайн фокустай, өндөр чиглэлтэй гэрэл бөгөөд үүнийг өндөр орон зайн нарийвчлалд хүрэхэд ашиглаж болно.

Лазер бол гэрлийн эх үүсвэр юм

Лазер үүсгэх зарчим

Лазер үүсгэх нь гурван үндсэн физик процессыг хамардаг: өдөөгдсөн цацраг туяа, аяндаа ялгарах цацраг туяа, өдөөгдсөн шингээлт.

Sөдөөгдсөн цацраг

Өдөөгдсөн цацраг туяа нь лазер үүсгэх гол түлхүүр юм. Өндөр энергийн түвшинд байгаа электроныг өөр фотон өдөөхөд тухайн фотоны чиглэлд ижил энерги, давтамж, фаз, туйлшралын төлөв, тархалтын чиглэлтэй фотон ялгаруулдаг. Энэ процессыг өдөөгдсөн цацраг туяа гэж нэрлэдэг. Өөрөөр хэлбэл, фотон нь өдөөгдсөн цацраг туяаны процессоор ижил фотоныг "клончилж", улмаар гэрлийн олшруулалтад хүрч чаддаг.

Sаяндаа ялгарах

Атом, ион эсвэл молекулын электрон нь өндөр энергийн түвшнээс бага энергийн түвшин рүү шилжих үед тодорхой хэмжээний энерги бүхий фотонуудыг ялгаруулдаг бөгөөд үүнийг аяндаа ялгарах гэж нэрлэдэг. Ийм фотонуудын ялгарал нь санамсаргүй бөгөөд ялгарсан фотонуудын хооронд ямар ч когерент байхгүй бөгөөд энэ нь тэдгээрийн фаз, туйлшралын төлөв, тархалтын чиглэл бүгд санамсаргүй гэсэн үг юм.

Sөдөөгдсөн шингээлт

Бага энергийн түвшинд байгаа электрон өөрийн энергийн түвшний зөрүүтэй фотоныг шингээхэд өндөр энергийн түвшинд хүртэл өдөөгдөж болно. Энэ процессыг өдөөгдсөн шингээлт гэж нэрлэдэг.

Лазерт өдөөгдсөн цацрагийн процессыг сайжруулахын тулд хоёр зэрэгцээ тольноос бүрдсэн резонансын хөндийг ихэвчлэн ашигладаг. Нэг толь нь бүрэн тусгал толь, нөгөө толь нь хагас тусгал толь бөгөөд энэ нь лазерын нэг хэсгийг нэвтрүүлэх боломжийг олгодог.

Лазер орчин дахь фотонууд нь хоёр толины хооронд урагш хойш ойдог бөгөөд тусгал бүр нь өдөөгдсөн цацрагийн процессоор дамжуулан илүү олон фотон үүсгэдэг бөгөөд ингэснээр гэрлийн олшролтыг бий болгодог. Гэрлийн эрчим тодорхой хэмжээгээр нэмэгдэхэд хагас тусгал толиор дамжуулан лазер үүсдэг.